Come e perché prevenire la cavitazione nei sistemi di tubazioni

La cavitazione è un argomento scottante per ingegneri, professionisti della manutenzione e chiunque lavori con sistemi di pompaggio, e per una buona ragione. Questa condizione ha cause complicate e difficili da identificare e i suoi effetti possono essere devastanti per le apparecchiature, l’integrità del sistema e le operazioni generali.

Prevenire la cavitazione è un impegno di tutta la squadra quando si tratta di sistemi gestiti con pompe centrifughe. Si inizia con la progettazione del sistema e i calcoli relativi al battente di aspirazione positivo netto (NPSH) prima ancora che il sistema venga costruito. La selezione della pompa, la temperatura del fluido e l'inclusione di componenti di protezione sono tutti fattori che possono proteggere dalla cavitazione in un sistema.

Dal punto di vista di un osservatore esterno, la cavitazione può spesso essere rilevata semplicemente ascoltando un sistema. Può sembrare quasi che il liquido in un sistema stia bollendo. Il suono rapido e ripetitivo delle bolle che scoppiano è un segno sicuro che qualcosa non va nel tuo sistema di tubazioni. Alcuni ascoltatori hanno descritto la cavitazione come un suono simile a quello dei chicchi di caffè o della ghiaia nel sistema.

Ma cosa sta realmente accadendo all'interno del sistema per causare quel rumore? La cavitazione è la rapida formazione e implosione di sacche di vapore all'interno di un fluido pompato. Le implosioni creano onde d'urto che viaggiano attraverso il fluido e danneggiano l'attrezzatura.

Il processo di cavitazione può devastare i componenti sensibili e altamente ingegnerizzati dei sistemi di tubazioni. Le giranti, il corpo, le tubazioni e le altre apparecchiature della pompa possono presentare vaiolature, erosione o altri danni che impediscono il corretto funzionamento di questi componenti. Questo danno può anche ridurre la durata dei singoli componenti del sistema e del sistema nel suo complesso.

La cavitazione è molto più probabile in alcuni sistemi rispetto ad altri. I sistemi che pompano liquidi, anziché liquami, corrono un rischio maggiore di cavitazione. Anche i fluidi di sistema più fluidi, come l'acqua, aumentano le probabilità che i sistemi siano soggetti alla cavitazione. Anche le applicazioni con fluidi pompati a temperature più elevate devono adottare più misure per evitare la cavitazione.

Per comprendere la cavitazione, il punto più semplice da cui iniziare è uno dei concetti di cucina più basilari: far bollire l’acqua. Quando facciamo bollire l'acqua in cucina, è tutta una questione di calore. L'acqua deve essere riscaldata a 212 F (100 C) per bollire.

Ma il riscaldamento a quella precisa temperatura non è l’unico modo per provocare la rapida vaporizzazione che chiamiamo ebollizione. Mentre 212 F è il punto di ebollizione comunemente usato in cucina, scientificamente un punto di ebollizione è la temperatura alla quale la pressione del vapore di un liquido è uguale alla pressione che circonda il liquido.

Che si tratti di un cuoco casalingo o di uno chef professionista, è improbabile che la pressione del vapore di un liquido venga manipolata in un ambiente cucina. Ecco perché il sistema metrico 212 F è utilizzato in modo relativamente universale (anche se le cucine ad altitudini molto elevate sono influenzate dal cambiamento della pressione dell'acqua e potrebbero utilizzare punti di ebollizione diversi).

Nei sistemi industriali, la pressione del fluido cambia durante le fasi del processo di pompaggio. Più comunemente, il fluido subisce grandi variazioni di pressione mentre si trova all'interno della pompa. Quando il fluido viene aspirato, viene rapidamente pressurizzato, quindi subisce un notevole calo di pressione quando esce dalla girante e si dirige verso l'uscita della pompa. Questa pressione in rapido cambiamento può influenzare il punto di ebollizione del fluido e creare un ambiente ideale per il verificarsi della cavitazione.

Una sfumatura importante della cavitazione è il fatto che le sacche di vapore implodono effettivamente durante il processo. Queste implosioni emettono forti onde d'urto attraverso il fluido pompato che possono causare danni ai componenti del sistema. Queste onde d'urto possono erodere o provocare crateri nelle giranti o nei corpi pompa, ma anche nelle tubazioni o in qualsiasi altra parte del sistema.

Sebbene la sezione di uscita di una pompa sia il luogo più comune in cui si verifica la cavitazione, ciò è tecnicamente possibile in qualsiasi parte di un sistema con una notevole caduta di pressione. Poiché i sistemi spesso presentano molte aree in cui il movimento dei fluidi è molto rapido, la cavitazione può costituire un problema in più parti del sistema.